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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Tratamento eletroquimico de efluentes cianidricos usando eletrodos comerciais de oxidos de metais nobres
Title Alternative: Eletrochemical treatament of the cyanide wastewater using commercial noble metal oxide electrodes
Author: Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos
Advisor: Bertazzoli, Rodnei, 1965-
Abstract: Resumo: Os cianetos inorgânicos são utilizados principalmente da indústria da galvanoplastia e da extração mineral, e os efluentes gerados nestas atividades industriais têm como característica a presença de metais pesados complexados. O uso intensivo deste composto gera grandes quantidades de efluentes e resíduos contendo altos teores de cianeto, representando um risco ecológico devido à sua alta toxicidade para a maioria das formas de vida. Este fato torna indispensável o tratamento adequado destes efluentes e resíduos antes do descarte final. Neste trabalho propõe-se um tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, atuando como tratamento principal ou coadjuvante ao processo químico convencional, com o objetivo de degradar anodicamente os cianetos e recuperar catodicamente os íons de metais pesados presentes, reduzindo a geração do lodo cianídrico. O objetivo é desenvolver e otimizar um reator eletroquímico em escala piloto para o tratamento de efluentes cianídricos contendo metais pesados. O processo de desenvolvimento e otimização do reator eletroquímico, utilizando eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres (DSA®), foi executado em três etapas: I) a seleção do material do anodo comercial de óxidos de metais nobres, 2) o estudo do processo em um reator de bancada e 3) o estudo do processo em um reator piloto. Inicialmente foram avaliados dois eletrodos comerciais de óxidos de metais nobres, fabricados pela De Nora do Brasil Ltda: os eletrodos do tipo DSA®. As análises morfológica e elementar indicaram a composição aproximada para os eletrodos estudados: Ti/70TiO2-30RuO2 e Ti/55Ta205-45IrO2, para DSA® e DSA-Cl2 respectivamente. A voltametria hidrodinâmica com eletrodos disco rotatórios indicaram uma relação dos valores da constante cinética aparente (kapp) para os eletrodos DSA-Cl2 e DSA-02, respectivamente, na proporção de 1:1,2. Isto indica que o eletrodo Ti/55Ta205-45IrO2 apresenta um poder eletrocatalítico para a reação de evolução de oxigênio mais elevado e que, provavelmente, esse mesmo eletrodo apresente uma eficiência inferior ao eletrodo DSA-Cl2, para a destruição de cianetos. O uso da eletrólise a potencial constante confirmou este fato, pois mostrou que a constante cinética (kcN) do processo de oxidação de cianetos apresenta valores superiores sobre a superfície do eletrodo DSA- Cl2 em todos os potenciais estudados, tomando esse eletrodo o mais indicado para o uso nos reatores eletroquímicos. Na segunda etapa, o processo de destruição de cianetos foi estudado em um reator eletroquímico em escala de bancada, do tipo "flow-by", com um anodo comercial do tipo DSA Cl2. Neste reator, as concentrações de cianeto livre foram reduzidas a valores próximos a 0,1 mg L-1, a partir de soluções contendo 700, 500, 200, 100 e 50 mg L-1. Durante o tratamento em regime de recirculação, avaliou-se a influência da densidade de corrente anódica aplicada, da velocidade do fluido no interior do reator e da concentração inicial da espécie poluente sobre a constante cinética (kcN) do processo e o consumo de energia elétrica para oxidar cada kg de cianetos. O valor da constante cinética do processo, nas condições operacionais consideradas ótimas (1= 50 mA cm-2 e V= 0,22 m s-1), é de 2,2.10-4 m s-l. O custo aproximado do tratamento de um efluente contendo aproximadamente 700 mg L-1 de CN- livre, considerando-se uma taxa de remoção de -99%, é de R$ 1,70 kg-I de cianetos (-US$ 0.75 kg-1- valores de dezembro/2000). Na fase de estudo do processo de tratamento eletroquímico de efluentes cianídricos, utilizando um reator piloto com anodos comerciais do tipo DSA®- Cl2, determinou-se as condições operacionais (densidade de corrente aplicada e velocidade do fluxo no interior do reator) nas quais o processo de remoção de cianetos livres apresentou a melhor eficiência, e estas foram 41 mA cm-2 e 0,053 m s-l, respectivamente. O valor da constante cinética obtido para o efluente galvânico real foi de 1,99.1O-5 m s-1. No entanto, o consumo de energia elétrica por kg de cianeto oxidado ficou em 1.060 kWh kg-1, representando um custo financeiro de R$ 53,00 kg-1 de cianetos totais. O mesmo efluente tratado pelo método químico convencional, utilizou 2,5 L de NaClO a 12% e gerou um lodo de coloração preta e de difícil filtração, representando um custo nu de R$ 294,00 kg-I de cianetos totais (considerando-se o valor de R$ 1,00 L-I de NaClO a 12%). O tratamento eletroquímico apresentou um custo financeiro de aproximadamente 5,5 vezes menor do que o tratamento químico convencional, R$ 53,00 e R$ 294,00 respectivamente, para cada kg de cianetos totais oxidados

Abstract: Inorganic cyanide is still in use in the metal finishing industry and in the mining activities of noble metals extraction and refining. Gold and silver are extracted from its ores as cyanidric complexes. The intensive industrial use of cyanide complexes is responsible for the generation of high toxicity aqueous streams, which present high oxygen demand. The cyanide wastes must be adequately treated before being allowed to discharge from de process plant. The main goal of the present work is to propose an alternative electrochemical process for removal of cyanide from wastewater, using an electrolytic cell with a commercial dimensionally stable anode (DSA®). In the first step, we studied the performance of two commercial dimensionally stable anode (DSA®) oxide coatings. The coatings studied were 70TiO2/30RuO2 and 55Ta205/45IrO2, on Ti substrate. The efficiency of both materials in the electro-oxidation of free cyanide was compared using linear voltammetry and electrolysis at constant potential. Kinetic analysis has shown that the 70TiO2/30RuO2 electrode is less catalytic for oxygen evolution and shows a better performance in the electro-oxidation of free cyanide. In the second step, we used a flow reactor with a Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density, flow rate and the initial pollutant concentration. The experiments have shown that cyanide electro-oxidation presents a first order kinetic relative to CN ions. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was in the range of 3.0 10-5 to 2.7 10-4 m s-1, with an optimum value of 2.2 10-4 m s-1 for current density of 50 mA cm-2 and linear velocity of 0.22 m s-1. Using these parameters with 700 mg L-1 cyanide containing solution 34 kWh is consumed for the oxidation of one kilogram of cyanide. An electrochemical pilot scale, with the Ti/70TiO2/30RuO2 (w/w) DSA® type electrode, was also used for the electro-oxidation of cyanide in a batch recirculating mode. The device performance was evaluated considering concentration decay of cyanide concentration as a function of current density and the flow rate. For the operational conditions used in the experiments, rate constant for cyanide oxidation was 2.0 10-4 m s-1 for current density of 41 mA cm-2 and linear velocity of O.053 m s-1. Cost estimation, based on electrical energy consumption, showed that electrochemical oxidation is 5.5 times less expensive when compared to the chemical treatment using a 12% sodium hipochloride solution for the oxidation of one kilogram of cyanide
Subject: Cianetos
Oxidação eletrolítica
Eletrólise
Eletrodos de óxidos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2001
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